Sustainable Terephthalic Acid Modified Polyimide Binder for Enhanced Li‐Ion Storage in Silicon Nanoparticles

聚酰亚胺 材料科学 对苯二甲酸 化学工程 阳极 重量分析 法拉第效率 电极 纳米颗粒 电池(电) 酰胺 高分子化学 电化学 共价键
作者
Yuan Qiao,Ali Reza Kamali
出处
期刊:Small [Wiley]
卷期号:: e12020-e12020
标识
DOI:10.1002/smll.202512020
摘要

ABSTRACT A simple, green and scalable in situ thermochemical method is reported for fabricating high‐performance silicon‐based lithium‐ion battery (LIB) anodes using a novel terephthalic acid‐modified polyimide (TM‐PI) binder. TM‐PI is synthesized via a condensation reaction between polyimide (PI) and terephthalic acid (TPA) during electrode fabrication, introducing new amide linkages and abundant functionalities. Due to the successful covalent incorporation of TPA into the PI backbone, TM‐PI exhibits enhanced molecular rigidity and crosslinking, which improve interfacial adhesion and structural stability when combined with silicon nanoparticles. The resulting electrode (Si@TM‐PI) delivers a capacity of 2162 mAh g − 1 after 100 cycles at 200 mA g − 1 with a coulombic efficiency (CE) of 99.0%, along with excellent rate performance, and a significantly lower charge‐transfer resistance (R ct = 12.5 Ω) compared to the unmodified electrode(214.6 Ω). In full cell configuration with a LiFePO 4 cathode, the Si@TM‐PI anode achieves an initial CE of 88.7% and a capacity of 81.3 mAh g − 1 , retaining 86.4% of the initial capacity after 400 cycles at 800 mA g − 1 , with a gravimetric energy density of 379.4 Wh kg − 1 based on the combined mass of the anode and cathode. TM‐PI is established as a promising sustainable binder for next‐generation high‐capacity LIBs.
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